Леса формируются в результате конкуренции за свет. Самые высокие деревья получают больше солнечного света, блокируя его и делая затененное пространство вокруг себя непригодным для более низких деревьев. На этом этапе сукцессии леса (постепенной смены одного лесного сообщества другим на одной территории) более низкие деревья часто погибают. Однако ученые Киотского университета заметили, что в старовозрастных лесах успешно сосуществуют деревья самых разных размеров, что доказывает, что доминирование в кроне — не единственная выигрышная стратегия выживания в лесной среде.
Разнообразие высоты деревьев в зрелых лесах указывает на то, что конкуренция за свет и сосуществование видов могут уравновешивать друг друга в процессе лесообразования. Чтобы понять, как это происходит, необходимо количественно оценить конкуренцию за свет между деревьями, но сложная структура естественных лесов и отдельных крон затрудняет тщательную научную оценку. Группа исследователей из Киотского университета решила принять вызов и разгадать эту загадку.
«Конкуренцию за свет между деревьями часто называют эволюционной гонкой вооружений, но в зрелых лесах успешно сосуществуют деревья совершенно разных размеров, — говорит первый автор исследования Юсукэ Онода. — Мы заинтересовались этим парадоксом».
Команда выбрала подход с использованием новой системы анализа относительной скорости роста дерева, то есть скорости, с которой дерево растет относительно своего размера, разделенной на два ключевых фактора: эффективность перехвата света, которая показывает, сколько солнечного света дерево поглощает на единицу биомассы, и эффективность использования света, которая описывает, насколько эффективно дерево преобразует поглощенный солнечный свет в биомассу. Чтобы проверить свою теорию в естественных условиях, ученые нанесли на карту форму крон и трехмерные световые профили каждого дерева на 12 участках леса разного возраста в Японии. Всего было изучено 2000 деревьев 50 видов.
Результаты, опубликованные в журнале Journal of Ecology, позволили дать объяснение того, как конкуренция за свет количественно влияет на сукцессию вторичных лесов. В молодых лесных массивах более высокие деревья имеют непропорционально большое преимущество в поглощении света, что приводит к быстрому расслоению по высоте. Однако в старых насаждениях более высокая эффективность использования света теневыносливыми видами позволяет им процветать под высокими кронами, способствуя вертикальному сосуществованию видов.
Это исследование, раскрывающее скрытую механику сукцессии лесов, позволяет по-новому взглянуть на то, как деревья конкурируют за свет, и устанавливает новый принцип, объясняющий, как леса меняются во времени и пространстве. Эти открытия могут улучшить моделирование климата и способствовать более рациональному управлению лесами.
Команда будет применять свой подход к другим лесным массивам разного возраста в различных климатических зонах, включая леса умеренного пояса и тропические леса. Ученые надеются, что это позволит подтвердить их концепцию в качестве общего, универсального принципа в глобальном масштабе.
[Фото: KyotoU / Yusuke Onoda]
